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    三維打印技術在精密鑄造工業中的應用

    2019-10-24 490

    快速成型制造技術是當今世界關注的焦點。鑄造作為一種傳統工藝,可以獲得形狀復雜、體積大、制造成本低、柔性高的鑄件。充分發揮它們的特點和優勢,在新產品的試制中可以取得客觀的經濟效益。

    1.立體印刷包括SLS、SLA、SLM等立體印刷成型方法。與傳統的制造方法不同,三維打印是基于零件的CAD幾何模型,通過軟件分層離散數控成形系統,利用激光束或其他方法堆積材料,形成實體零件,因此又稱為配合。鋁添加制造方法。由于它將復雜的三維制造轉化為一系列二維制造疊加,幾乎可以在不使用模具和工具的情況下生成任何復雜形狀的零件,大大提高了生產效率和制造靈活性。

    2.與NC加工、鑄造、金屬冷噴涂、硅膠模具等制造方法相結合,快速自動成型已成為現代模具、模具及零件制造的有力手段。實現適合我國國情的金屬零件的單批量或小批量敏捷制造是一種有效的方法。它應用于航空航天、汽車、摩托車等領域,家用電器等領域得到了廣泛的應用。3D打印技術可以快速地為精密鑄造和砂型鑄造的木材或砂型提供蠟或消失的泡沫。解決了傳統鑄件制備周期長、投資大、曲面等復雜零件制造困難的問題。精密鑄造技術(包括石膏鑄造)和砂型鑄造技術是我國非常成熟的技術。這兩種技術的有機結合,實現了低成本、高效率的生產,實現了快速制造的目標。

    3.三維打印的過程是先生成產品的三維CAD實體模型或曲面模型文件,將其轉換為特定的文件格式,然后使用相應的軟件從文件中“剪切”一系列厚度的層,或直接從C中剪切一系列層。廣告文件。這些層按順序累積,并保持所設計零件的形狀。然后,將各層的數據傳輸到快速成型機。以材料添加法和激光作為加熱源,將每一層依次燒結或熔化,同時連接到每一層,直至整個零件完成。成型材料是可燒結的粉末,如石蠟、塑料、低熔點金屬粉末或其混合粉末。與傳統方法相比,三維打印技術具有獨特的優勢。其特點如下:

    4.它有利于設計過程與制造過程的集成,使整個生產過程數字化,與CAD模型有著直接的關系。所見即所得零件可以隨時進行修改和制造,從而緩解了復雜結構零件CAD/CAM過程中的CAPP瓶頸。

    5.傳統方法無法制造的零件材料,如梯度材料零件和多材料零件,有利于新材料的設計。

    6.大大降低了復雜零件毛坯模具的制造周期和成本。用工程材料直接成形機械零件時,不再需要設計和制造毛坯成形模具。

    7.實現了毛坯近凈成形,大大減少了加工余量,避免了材料浪費,降低了能耗,有利于環境保護和可持續發展。

    8.由于工藝準備的時間和成本大大減少,單次試生產和小批量生產的周期和成本大大減少,特別是新產品的開發和小批量零件的生產。

    9.結合傳統方法,實現了快速鑄造、快速模具制造和小批量零件生產的功能,為傳統制造方法注入了新的活力。

    10.精密鑄造是最精確的鑄造方法之一。其精度一般優于0.5%,重復性好。鑄件僅需少量機加工即可投入使用。由于壓鑄模是一次性使用的,所以可以制造內部結構復雜的零件,這些零件可以是鍛造的,也可以是不能生產的機械加工零件。精密鑄造雖然有許多優點,但其生產工藝復雜而漫長。鋁模壓制蠟模通常需要幾周到幾個月的時間,這取決于鋁模的復雜性和尺寸。得到鋁模后要花幾個星期才能得到鑄件。這幾周主要是用來做模殼的。除了耗時外,精鑄也是非常勞動密集的,50%到80%的成本都來自手工。此外,還分攤了小批量生產中模具的成本,使單價昂貴。3D打印和精密鑄造是互補的。這兩種方法都適用于制造復雜形狀的零件。如果沒有快速自動成型,鑄造模具的生產是精密鑄造的瓶頸過程,但是如果沒有精密鑄造,快速自動成型的應用將有很大的局限性。

    一、3D打印技術在精密鑄造中的應用可分為三類:

    1.是小批量生產的消失模零件(模具)的加工過程。

    2.是直接殼法,用于小規模生產。

    3.批量生產快速蠟模制造。

    制造業,特別是航空、航天、國防、汽車等行業,基本核心部件一般是金屬零件,相當一部分金屬零件是不對稱的,表面不規則或結構復雜,內部零件結構精細。這些零件通常是通過鑄造或拆卸來生產的??焖勹T造是用三維打印機作為母?;蜻^渡模復制金屬零件最有吸引力的方法之一。這是因為鑄造工藝可以生產形狀復雜的零件。在鑄造生產中,模板、芯盒、蠟模和壓鑄模的制造通常采用機械加工方法。有時需要修理工來修理。周期長,成本高。從模具設計到加工制造是一個多環節的復雜過程。輕微的錯誤可能導致所有的返工。

    特別是對于葉片、葉輪、機體、氣缸蓋等復雜鑄件,模具的制造是一個非常困難的過程。即使使用數控加工中心等昂貴的設備,加工技術和工藝可行性仍然存在很大的困難。將3D打印技術與傳統技術相結合,充分發揮自身優勢,避免自身弱點,事半功倍。采用三維打印技術直接制作蠟模,快速鑄造過程無需開模,大大節省了生產周期和成本。圖2顯示了快速鑄造法生產的四缸發動機的蠟模和鑄件。按照傳統的金屬鑄造方法,模具的制造周期約為半年,成本幾十萬元。采用快速鑄造法,3天3D打印熔模鑄造,10天鑄造,整個試生產任務比原計劃提前5個月。

    精密鑄造通常用于從3D打印制作鋼零件。但對于低熔點金屬零件,如鋁鎂合金零件和石膏鑄件,其效率較高。同時,有效地保證了鑄件的質量,提高了鑄件的成功率。在石膏模鑄造過程中,三維打印仍然是一個消失模,然后得到石膏模以獲得所需的金屬零件。石膏型鑄造是用3D印刷件制作消失模,然后在石膏膏中用3D印花將消失的泡沫埋入石膏模中,然后將石膏模放入培養箱中孵育。

    這樣,3D打印消失的泡沫被高溫分解,最終完全消失。同時石膏模干燥硬化。這個過程通常需要兩天左右。在專用的真空鑄造設備中,將熔化的鋁合金注入石膏模中。冷卻后,通過壓碎石膏模獲得金屬零件。這種方法生產金屬零件的成本很低,一般只有壓鑄模生產的2%-5%。生產周期很短,通常只有2-3周。石膏鑄件的性能也可與精密鑄件相比較。由于石膏鑄件是在真空環境下完成的,其性能甚至優于普通精密鑄造。


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